INFLUENCIA DEL DETERIORO DE LAS LOSAS DE TRANSMILENIO EN LAS VELOCIDADES DE TRANSITO
POR: JEISON EDUARDO FINO RINCÓN
INGRID CAROLINA SANABRIA MORERA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS TECNOLOGÍA EN TOPOGRAFÍA
Bogotá D.C. 2015
2
INFLUENCIA DEL DETERIORO DE LAS LOSAS DE TRANSMILENIO EN LAS
VELOCIDADES DE TRANSITO
POR: JEISON EDUARDO FINO RINCÓN, 20122031075, [email protected]
INGRID CAROLINA SANABRIA MORERA, 20122031057, [email protected]
DIRECTOR: ISMAEL OSORIO BAQUERO
Ingeniero.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS TECNOLOGÍA EN TOPOGRAFÍA
Bogotá D.C. 2015
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NOTA DE ACEPTACIÓN
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
ISMAEL OSORIO BAQUERO
Ingeniero
Director
_______________________________________________________
JULIO HERNÁN BONILLA
Ingeniero
Jurado
4
Índice
1. Introducción ...................................................................................................................................................... 7
1.1 Objetivo General .......................................................................................................................................... 9
1.2 Objetivos Específicos .................................................................................................................................... 9
2. Marco Teórico ......................................................................................................................................................... 10
2.1 Antecedentes ..................................................................................................................................................... 10
2.2 Materiales .......................................................................................................................................................... 14
2.3 PCI (Índice de Condición del Pavimento) ....................................................................................................... 18 2.3.1 Daños en Pavimentos de Concreto Hidráulico ......................................................................................... 19
2.4 Equipos ............................................................................................................................................................ 42 2.4.1 Radar Falcón HR (Velocímetro) ............................................................................................................... 42 2.4.2 Estación Total Trimble 3600 Dr ................................................................................................................ 43 2.4.3 Equipo menor de Topografía ..................................................................................................................... 44
2.5 Estadísticos descriptivos ............................................................................................................................ 46
2.6 Nivelación Trigonométrica ............................................................................................................................... 49
2.7 Índice de Rugosidad Internacional ................................................................................................................. 52 2.7.1 Software Inpaco (Investigación Nacional de Pavimentos para Colombia). ............................................ 55
3. Metodología ............................................................................................................................................................ 56
3.1 Métodos ............................................................................................................................................................. 56 3.1.1 cálculo del PCI (índice de condición de pavimentos) ............................................................................... 56
3.1.1.1. División del pavimento en unidades de muestreo. .......................................................................... 57 3.1.1.2. Determinación de las unidades de muestreo para inspeccionar. ................................................... 57 3.1.1.3. Inspección de la condición superficial. ........................................................................................... 58
3.1.2 Toma de Velocidades ................................................................................................................................. 72 3.1.3 Análisis estadístico ..................................................................................................................................... 72 3.1.4 Cálculo nivelación trigonométrica ............................................................................................................ 73 3.1.5 Calculo del IRI (Índice de Rugosidad internacional) ............................................................................... 74
4. Resultados y Análisis de Resultados ............................................................................................................... 80
4.1 PCI (Índice de condición de pavimentos) .................................................................................................. 80
4.2 Velocidades de Transito Tramo deteriorado .............................................................................................. 82
4.3 Velocidades de tránsito Tramo en buen estado .......................................................................................... 85
4.4 Representación estadístico .......................................................................................................................... 87
4.5 Perdidas Monetarias ................................................................................................................................... 91
4.6 Modelo Digital en tercera dimensión ......................................................................................................... 95
4.7 Perfiles de Terreno del tramo AV. 39 ............................................................................................................... 96
4.7 IRI (Índice de Rugosidad Internacional) ................................................................................................. 100
5. Conclusiones ................................................................................................................................................. 104
6. Bibliografía ................................................................................................................................................... 106
7. Anexos ........................................................................................................................................................... 110
5
Índice de Ilustraciones Ilustración 1: Desarrollo del Bombeo ............................................................................................................. 17 Ilustración 2: Sección de Pavimentos Rígidos ................................................................................................. 18 Ilustración 3: Blowup / Buckling de baja severidad ........................................................................................ 22 Ilustración 4: Blowup / Buckling de media severidad ...................................................................................... 22 Ilustración 5: Blowup / Buckling de alta severidad ......................................................................................... 22 Ilustración 6: Grieta de esquina de baja severidad. ......................................................................................... 24 Ilustración 7: Grieta de esquina de media severidad........................................................................................ 25 Ilustración 8: Grieta de esquina de alta severidad. .......................................................................................... 25 Ilustración 9: Losa dividida de alta severidad. ................................................................................................ 26 Ilustración 10: Losa dividida de alta severidad. .............................................................................................. 27 Ilustración 11: Losa dividida de alta severidad. .............................................................................................. 27 Ilustración 12: Escala de alta severidad. ........................................................................................................ 29 Ilustración 13: Daño del sello de junta de severidad Baja. ............................................................................... 31 Ilustración 14: Daño del sello de junta de severidad media. ............................................................................. 31 Ilustración 15: Daño del sello de junta de severidad Alta. ............................................................................... 31 Ilustración 16: Parche pequeño de severidad baja. ......................................................................................... 33 Ilustración 17: Parche pequeño de severidad media. ....................................................................................... 33 Ilustración 18: Parche pequeño de severidad Alta. .......................................................................................... 34 Ilustración 19: Pulimento de agregados. ........................................................................................................ 35 Ilustración 20: Bombeo. ................................................................................................................................ 37 Ilustración 21: Descaramiento de esquina de severidad baja. .......................................................................... 38 Ilustración 22: Descaramiento de esquina de severidad media. ........................................................................ 39 Ilustración 23: Descaramiento de esquina de severidad media. ........................................................................ 39 Ilustración 24: Descaramiento de junta de baja severidad. .............................................................................. 41 Ilustración 25: Descaramiento de junta de media severidad. ........................................................................... 41 Ilustración 26: Descaramiento de junta de alta severidad. ............................................................................... 42 Ilustración 27: Radar de Velocidades Falcón HR. .......................................................................................... 43 Ilustración 28: Estación Trimble 3600 Dr. ..................................................................................................... 44 Ilustración 29: Nivelación Trigonométrica. .................................................................................................... 51 Ilustración 30: Perfilógrafos de alto rendimiento ............................................................................................ 54 Ilustración 31: Software Inpaco en proceso del IRI ........................................................................................ 56 Ilustración 32: Odómetro .............................................................................................................................. 59 Ilustración 33: Flexometro y Cinta Métrica. ................................................................................................... 59 Ilustración 34: Formatos de Campo. .............................................................................................................. 60 Ilustración 35: Blowup / Buckling de baja severidad ....................................................................................... 62 Ilustración 36: Grieta de esquina de alta severidad. ........................................................................................ 62 Ilustración 37: Losa dividida de alta severidad. .............................................................................................. 63 Ilustración 38: Escala de alta severidad. ........................................................................................................ 63 Ilustración 39: Daño del sello de junta de severidad media. ............................................................................. 64 Ilustración 40: Parche pequeño de severidad baja. ......................................................................................... 65 Ilustración 41: Pulimento de agregados ......................................................................................................... 65 Ilustración 42: Bombeo. ................................................................................................................................ 66 Ilustración 43: Descaramiento de esquina de severidad media. ........................................................................ 67 Ilustración 44: Descaramiento de junta de alta severidad. ............................................................................... 67 Ilustración 45: Ejes por donde pasan las llantas (nivelados). ........................................................................... 73 Ilustración 46: Software Inpaco Procedimiento 1. .......................................................................................... 75 Ilustración 47: Software Inpaco Procedimiento 1. .......................................................................................... 75 Ilustración 48: Software Inpaco Procedimiento 2. .......................................................................................... 76
6
Ilustración 49: Software Inpaco Procedimiento 3. .......................................................................................... 77 Ilustración 50: Software Inpaco Procedimiento 4. .......................................................................................... 78 Ilustración 51: Software Inpaco Procedimiento 4. .......................................................................................... 78 Ilustración 52: Software Inpaco Procedimiento 5. .......................................................................................... 79 Ilustración 53: Calificación de PCI. ............................................................................................................... 80 Ilustración 54: Perfil del Carril Izquierdo – Llanta Izquierda .......................................................................... 96 Ilustración 55: Perfil del Carril Izquierdo – Llanta Derecha.Fuente: Propia. ................................................... 97 Ilustración 56: Perfil del Carril Derecho – Llanta Izquierda. .......................................................................... 98 Ilustración 56: Perfil del Carril Derecho – Llanta Derecha. ............................................................................ 99 Ilustración 58: IRI Perfil 1. ......................................................................................................................... 100 Ilustración 59: IRI Perfil 2. ......................................................................................................................... 101 Ilustración 59: IRI Perfil 3. ......................................................................................................................... 102 Ilustración 59: IRI Perfil 4. ......................................................................................................................... 103
Índice de Tablas Tabla 1: Superficie de Cemento Portland ....................................................................................................... 20 Tabla 2: Niveles de severidad para losa Dividida. ............................................................................................ 26 Tabla 3: Niveles de severidad para escala. ...................................................................................................... 28 Tabla 4: Niveles de severidad para descaramiento de esquina. ......................................................................... 38 Tabla 5: Niveles de severidad descaramiento de junta. .................................................................................... 40 Tabla 6: Calificación del IRI (Índice de Rugosidad Internacional). ................................................................. 55 Tabla 7: Valores del IRI (m/Km) para Pavimentos Hidráulicos y Pavimento Asfalticos. ................................... 55 Tabla 8: Superficie de Cemento Portland. ...................................................................................................... 61 Tabla 9: Toma de velocidades Transmilenio S.A.S (Tramo Deteriorado). ......................................................... 82 Tabla 10: Toma de velocidades Transmilenio S.A.S (Tramo en Buen Estado). ................................................. 85 Tabla 11: Descripción y Modelación 3d de la zona de estudio. ......................................................................... 95
7
1. Introducción
La presente investigación se refiere a la influencia que tiene el deterioro de las losas de la
malla vial de Transmilenio en la reducción de la velocidad de los vehículos articulados. Con el
pasar del tiempo y siendo éste un transporte masivo se han visto día a día más zonas en las que
las losas tiene un gran grado de deterioro, tal vez una de estas razones es que inicialmente la vía
fue diseñada para un vehículo articulado y no para vehículos biarticulados siendo estos más
pesados y con mayor capacidad de pasajeros ocasionando esto un factor más para que éstas se
vean deterioradas.
La característica principal que se investigó es que los articulados traen una velocidad constante
y a al toparse con un daño en las losas tienen que hacer una disminución brusca de velocidad,
ocasionando esto problemas sociales tales como los tiempos de llegada y confort, por otro lado el
factor económico se ve afectado en el momento en que los vehículos se dañan y en la pérdida de
tiempo de los usuarios que podría aprovecharse en actividades productivas.
Para analizar este problema fue necesario indagar y estudiar sus causas, verificar en campo el
estado real en el que se encuentra la vía y así estimar el nivel de deterioro a partir de índices
como el PCI (Índice de Condición del Pavimento) y el IRI (Índice de Rugosidad Internacional).
La toma de velocidades brindó una representación de cuánto tiempo se pierde en el sistema y así
mismo la afectación del factor económico entre sus usuarios. Ésta investigación permitió sacar
conclusiones relevantes con respecto a la problemática actual del sistema de transporte masivo
8
más importante de Bogotá utilizando procedimientos matemáticos enfatizados a la topografía y
algunos otros complementos.
9
1.1 Objetivo General
Evaluar el impacto socio económico por efecto de la reducción de velocidad de los buses
troncales a causa del deterioro del pavimento en el tramo ubicado en la calle 39 con Avenida
Caracas.
1.2 Objetivos Específicos
Estimar el nivel de deterioro del pavimento en dichos sitios por medio del PCI (Índice de
condición de pavimentos).
Determinar la velocidad de los vehículos en lugares que presenten un alto nivel de
deterioro y compararlo con lugares que se encuentren en un buen estado, bajo las mismas
condiciones.
Determinar el grado de comodidad de los usuarios dentro del servicio, a partir de la
medición del índice de rugosidad internacional (IRI).
10
2. Marco Teórico
2.1 Antecedentes
“Hay que ver el deterioro de la Caracas, es evidente que los articulados tienen que frenar y
esto hace que se pierda velocidad y por la tanto se retrasa todo el sistema.”1
“Transmilenio (Empresa de Transporte Tercer Milenio S.A.) es el sistema de transporte
masivo de la ciudad de Bogotá y el municipio de Soacha. Fue inaugurado el 4 de diciembre de
2000. Entró en operación el 18 del mismo mes.”2
“Uno de los principales cambios introducidos por el sistema Transmilenio es la regulación del
uso de la infraestructura vial, para que ésta sea utilizada por el transporte Público mediante
carriles exclusivos, segregando al resto del tráfico”. 3
“Después de la entrada en operación de la primera fase del sistema, TM mejoró
significativamente las condiciones de viaje para sus usuarios y limitó las externalidades de
congestión en los corredores por los que opera. Los tiempos de viaje para los usuarios que
optaron por utilizar el nuevo sistema cayeron en un 32%, la velocidad promedio de los vehículos
en Bogotá aumentó de 16.8 millas por hora a 20 millas por hora, el porcentaje de individuos que
1José Stalin. (2015). Prescribió el proceso que investigaba a responsables del estado de losas de TM. 10/07/2015, de RCN Noticias Sitio web: http://www.noticiasrcn.com/nacional-bogota/prescribio-el-proceso-investigaba-responsables-del-estado-losas-tm. 2 Transmilenio S.A.S. (2014). Historia. 07/07/2015, de Transmilenio S.A.S Sitio web: http://www.transmilenio.gov.co/es/articulos/historia. 3 Mustafá, (2001), Impactos del sistema Transmilenio-fase I, Bogotá: Universidad de los Andes.
11
gastaban más de una hora viajando desde su casa al trabajo disminuyó de 23% a 17%, la emisión
de material particulado (PM-10) cayó en 9% en las áreas de la ciudad aledañas a los corredores
de TM, y en estos corredores las tasas de accidentalidad disminuyeron en 90%”. 4
Teniendo en cuenta lo planteado por estos autores, y revisando algunos antecedentes previos a
la investigación es de notar que en los últimos años diariamente se viene presentando un
fenómeno de retraso en los recorridos de las rutas del sistema de Transmilenio; Estos retrasos
tienen diversas causas, como lo son la saturación del sistema, la falta de buses articulados en las
troncales viales, la mala organización en los tiempos de circulación, etc. Pero uno de los mayores
causantes del retraso en los recorridos del sistema, es el deterioro de su malla vial.
Estos deterioros en las losas viales, generan una alta reducción en la velocidad de tránsito de los
articulados, presentando así efectos laterales en diferentes ámbitos como lo son el ámbito social,
económico y emocional.
En un estudio realizado por diferentes ingenieros y expertos en el tema vial se afirma lo
siguiente “Desde principios de la década del setenta se hizo evidente que, debido a la velocidad
con que circulan los vehículos sobre un pavimento, los materiales de la estructura reciben las
cargas variables de las llantas como golpes, y por lo tanto, se debe evaluar la resistencia de los
materiales bajo aplicaciones repetidas o cíclicas, y no bajo cargas estáticas. El material relleno
fluido, compuesto por arena, cenizas de alto horno, cemento, agua y aire, absorbe agua por
capilaridad, que por su carácter incompresible bajo los esfuerzos de ingeniería destruye los
4 Echeverry, Ibáñez, Moya, (2005), Una evaluación económica del Sistema Transmilenio, Bogotá: Revista de Ingeniería versión impresa ISSN 0121-4993 No. 21.
12
enlaces entre granos aportados por el cemento, y bajo las cargas cíclicas lo convierte en lodo.
Luego, el movimiento rápido del agua con el fenómeno de bombeo acelera su proceso de
erosión. La disminución diferenciada de volumen en algunas zonas debajo de las losas hace que
estas pierdan el soporte total y se fracturen bajo cargas pesadas.”5 ,a partir de esto y teniendo en
cuenta que a partir del 6 de agosto de 2009, fue puesto en marcha el Transmilenio Biarticulado;
siendo este un Vehículo biarticulados que tiene una capacidad de 260 pasajeros dentro de los
cuales 191 personas podrán ir de pie y 69 sentados, esta es una de las principales causas de que
se fracture la malla vial debido al incremento de peso, este paso a un grado superior haciendo
que las losas se fracturen debido a la carga pesada.
Por otra parte y anexando como complemento la toma de velocidades parte de la siguiente
forma, en la cual se utilizaran “medidores de velocidad a base de radar son los instrumentos más
empleados actualmente para medir velocidades puntuales; se basan en el principio fundamental
que una onda de radio reflejada por un objeto en movimiento experimenta una variación en su
frecuencia que es función de la velocidad del objeto, lo que se conoce como principio Doppler,
midiendo el cambio de frecuencia es posible determinar la velocidad del objeto que la refleja.” 6
El estudio de velocidades es aplicado a ciertas vías como lo explican a continuación, “Los
estudios de velocidad se realizan principalmente en vías de circulación continua tales como las
carreteras de dos carriles y las vías de carriles múltiples donde la regulación del tránsito no suele
5 Beltrán, (2004), Las fallas de los pavimentos de Transmilenio, Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.
6 Rincón, Vargas, González, Chala y Rivas, (2011), Análisis de las velocidades de operación en los carriles mixtos de las troncales del transporte masivo en Bogotá – hacia una propuesta de aumento de la velocidad máxima permitida, Bogotá: Revista de topografía Azimut.
13
hacer detener los vehículos. En vías de circulación discontinua, como las arterias urbanas, donde
la influencia de los semáforos es predominante, se usan más los estudios sobre tiempo de
recorrido. Sin embargo los estudios de velocidad puntual resultan útiles para ciertos fines, tales
como el conocimiento de la velocidad a flujo libre y la velocidad de acercamiento a
intersecciones.”7 Este procedimiento se realizara con el fin de verificar la reducción de la
velocidad, teniendo en cuenta la velocidad que se debe tener comparando esta con una vía en un
perfecto estado y la disminución en la velocidad con la que recibe el vehículo articulado las
zonas con hundimiento en sus losas viales, generando esto retrasos, y perdidas económicas, tanto
para sus usuarios como tal para la empresa de Transmilenio.
Adicional a esto se incluyó un método denominado IRI que es “El índice de rugosidad
internacional (IRI) (International Roughness Index) es un parámetro que se utiliza en firmes,
para determinar su regularidad y la comodidad en la conducción.” Este explica su procedimiento
claramente y de una forma práctica en la cual se puede incluir con fines específicos que
complementan este proyecto.8
7 Rincón, Vargas, González, Chala y Rivas, (2011), Análisis de las velocidades de operación en los carriles mixtos de las troncales del transporte masivo en Bogotá – hacia una propuesta de aumento de la velocidad máxima permitida, Bogotá: Revista de topografía Azimut. 8 Internet. http://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt108
14
2.2 Materiales
El deterioro de las losas tiene que ver con el material con que fueron formadas, con la
interventoría y con el mantenimiento posterior. Esos tres elementos hacen que esto sea un
problema estructura.9
Es de gran importancia tener en cuenta la estructura y los materiales utilizados para la
construcción de las losas de Transmilenio, es por ello que en esta investigación se mencionarán
algunas de las características del material y de la colocación de las losas de Transmilenio sobre la
troncal Caracas. Tener el conocimiento acerca de esto, hará la investigación aún más robusta y
con resultados relevantes.
Comenzando por definir lo que es el pavimento se tiene que es la estructura compuesta por
una o varias capas de materiales con características apropiadas comprendidas entre la capa
subrasante y la superficie de rodamiento de una obra vial y cuyas funciones principales son las
de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, resistente a la acción del tránsito, al
intemperismo y otros agentes perjudiciales, su función es la de transmitir adecuadamente a las
capas inferiores de la estructura, los esfuerzos producidos por el tránsito, haciendo posible que
los vehículos circulen con comodidad, seguridad y economía. La disposición de las capas o
estructura de un pavimento, así como las características de los materiales por utilizarse presentan
una gran gama de posibilidades. La superficie de rodamiento puede ser una carpeta asfáltica o
9 José Stalin. (2015). Prescribió el proceso que investigaba a responsables del estado de losas de TM. 10/07/2015, de RCN Noticias Sitio web: http://www.noticiasrcn.com/nacional-bogota/prescribio-el-proceso-investigaba-responsables-del-estado-losas-tm.
15
bien una losa de concreto hidráulico que es la que se analizara más profundamente en este
estudio.
El concreto hidráulico es una combinación de cemento Portland, agregados pétreos, agua y en
ocasiones aditivos, para formar una mezcla moldeable que al fraguar forma un elemento rígido y
resistente.10
Es importante tener en cuenta que tanto los pavimentos rígidos (losas) como los de
concreto hidráulico están sujetos a esfuerzos tales como:
Esfuerzos abrasivos causados por las llantas de los vehículos.
Esfuerzos directos de compresión y cortante causados por las cargas de las ruedas.
Esfuerzos de compresión y tensión que resultan de la flexión de las losas bajo las
cargas de las ruedas.
Esfuerzos de compresión y tensión causados por la expansión y contracción del
concreto.
Esfuerzos de compresión y tensión debidos a la combadura o alabeo de las losas.
Específicamente un pavimento de concreto hidráulico o pavimento rígido posee como
elemento estructural fundamental una losa de concreto, ésa se apoya sobre una capa de material
previamente seleccionado a la que se le da el nombre de sub-base; cuando la subrasante del
pavimento tenga una calidad suficientemente buena, la losa podría colocarse directamente sobre
ella, evitando así construirla en forma especial.
10 N·CMT·2·02·005/04. (2004). 005. Calidad del Concreto Hidráulico. En CMT. CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES (1).
16
El propósito es que la losa de concreto tenga un apoyo suficientemente uniforme y estable,
garantizando que no quede localmente falta de soporte, depende por lo tanto, de las capas de
suelo por proporcionar, así como de una adecuada selección de los materiales que intervendrán,
niveles de compactación y las condiciones de clima y drenaje.
Los concretos utilizados en pavimentos de concreto hidráulico, son de resistencia
relativamente alta, generalmente comprendida entre 200 y 400 kg/cm2. Las losas pueden ser
cuadradas de 3 a 5 m de lado, sin embargo, a raíz de los avances tecnológicos en la construcción
de pavimentos rígidos, en la actualidad existe tendencia a aumentar su área.11
Dentro de los efectos provocados por una inadecuada construcción de un pavimento rígido, se
tiene el bombeo, el cual es un efecto especial en este tipo de pavimentos, sumamente indeseable,
pero muy común cuando no se toman precauciones especiales. Este efecto se produce cuando la
carga del tránsito pasa sobre una junta o grieta de la losa, ésta desciende y transmite presión al
material bajo ella. Si el suelo está muy húmedo o saturado, la mayor presión la tomara el agua,
que tendera a escapar por la junta o grieta. Después de pasar la carga, la losa se recupera y
levanta y este movimiento produce una succión que ayuda al movimiento del agua bajo la losa.
Si el agua tiene capacidad de arrastrar partículas finas del suelo, esta saldría sucia, creando
progresivamente un vacío bajo la losa, que tiende a hacer que el fenómeno se acentúe; además, el
remoldeo que este efecto produce en el suelo, hace que éste forme un lodo o suspensión con el
agua, con lo que el fenómeno se agudiza. El final del proceso es la ruptura de la losa por falta de
sustentación, conforme se muestra en la siguiente figura. 11 Internet. http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/8161/Capitulo4.pdf
17
ILUSTRACIÓN 1: DESARROLLO DEL BOMBEO
Fuente: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/8161/Capitulo4.pdf
Siempre será necesario conservar la estructura y el orden ideal para la adecuada construcción
de un pavimento hidráulico o rígido capaz de soportar las cargas para las que fueron diseñados,
respetando el periodo de vida o periodo de diseño.
18
Por tanto la estructura del pavimento queda de la siguiente manera:
ILUSTRACIÓN 2: SECCIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Fuente: http://www.pasionporvolar.com/pavimentacion-de-las-pistas-aereas/
2.3 PCI (Índice de Condición del Pavimento)
El Índice de Condición del Pavimento (PCI, por su sigla en inglés) se constituye
en la metodología más completa para la evaluación y calificación objetiva de pavimentos,
flexibles y rígidos, dentro de los modelos de Gestión Vial disponibles en la actualidad. La
metodología es de fácil implementación y no requiere de herramientas especializadas más
allá de las que constituyen el sistema y las cuales se presentan a continuación. Se
presentan la totalidad de los daños incluidos en la formulación original del PCI, pero
eventualmente se harán las observaciones de rigor sobre las patologías que no deben ser
consideradas debido a su génesis o esencia ajenas a las condiciones locales. El usuario de
esta guía estará en capacidad de identificar estos casos con plena comprensión de forma
casi inmediata. 12
12 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI). 2014, DE NORMA ASTM 5340 Sitio web: http://www.camineros.com/docs/cam036.pdf
19
El deterioro de la estructura de pavimento es una función de la clase de daño, su
severidad y cantidad o densidad del mismo. La formulación de un índice que tuviese en
cuenta los tres factores mencionados ha sido problemática debido al gran número de
posibles condiciones. Para superar esta dificultad se introdujeron los “valores deducidos”,
como un arquetipo de factor de ponderación, con el fin de indicar el grado de afectación
que cada combinación de clase de daño, nivel de severidad y densidad tiene sobre la
condición del pavimento. El PCI es un índice numérico que varía desde cero (0), para un
pavimento fallado o en mal estado, hasta cien (100) para un pavimento en perfecto
estado. En el Cuadro 1 se presentan los rangos de PCI con la correspondiente descripción
cualitativa de la condición del pavimento.
El cálculo del PCI se fundamenta en los resultados de un inventario visual de la
condición del pavimento en el cual se establecen clase, severidad y cantidad de cada daño
presenta. El PCI se desarrolló para obtener un índice de la integridad estructural del
pavimento y de la condición operacional de la superficie. La información de los daños
obtenida como parte del inventario ofrece una percepción clara de las causas de los daños
y su relación con las cargas o con el clima.13
2.3.1 Daños en Pavimentos de Concreto Hidráulico
Son 19 daños.
La severidad de algunos daños es función de la calidad de viaje o tránsito definida
previamente. 13 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI). 2014, de NORMA ASTM 5340
20
La severidad de otros depende de las fisuras que los forman.
La cantidad de los daños se mide como el número de losas afectadas por el daño.
TABLA 1: SUPERFICIE DE CEMENTO PORTLAND
No. Daño Un. No. Daño Un.
1 Blow Up/ Bucking
m2 11 Pulimento de Agregados m2
2 Grieta de Esquina
m2 12 Popouts
m2
3 Losa Dividida
m2 13 Bombeo
m2
4 Grieta de Durabilidad
m2 14 Punzonamiento
m2
5 Escala
m2 15 Cruce de Via Ferrea
m2
6 Sello de Junta
m2 16 Desconchamiento
m2
7 Desnivel Carril
m2 17 Grietas de Retracción
m2
8 Grietas Lineales
m2 18 Descaramiento de
Esquina m2
9 Parcheo Grande
m2 19 Descaramiento de Junta
m2
10 Parcheo Pequeño m2
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
1. Blowup - Buckling.
Descripción: Los blowups o buckles ocurren en tiempo cálido, usualmente en una
grieta o junta transversal que no es lo suficientemente amplia para permitir la expansión
de la losa. Por lo general, el ancho insuficiente se debe a la infiltración de materiales
incompresibles en el espacio de la junta. Cuando la expansión no puede disipar suficiente
21
presión, ocurrirá un movimiento hacia arriba de los bordes de la losa (Buckling) o
fragmentación en la vecindad de la junta. También pueden ocurrir en los sumideros y en
los bordes de las zanjas realizadas para la instalación de servicios públicos.
Niveles de Severidad
L: Causa una calidad de tránsito de baja severidad.
M: Causa una calidad de tránsito de severidad media.
H: Causa una calidad de tránsito de alta severidad.
Medida
En una grieta, un blowup se cuenta como presente en una losa. Sin embargo, si ocurre en
una junta y afecta a dos losas se cuenta en ambas. Cuando la severidad del blowup deja el
pavimento inutilizable, este debe repararse de inmediato.
Opciones de Reparación
L: No se hace nada. Parcheo profundo o parcial.
M: Parcheo profundo. Reemplazo de la losa.
H: Parcheo profundo. Reemplazo de la losa.14
14 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 21. BLOWUP - BUCKLING.. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(46). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
22
Ilustración 3: Blowup / Buckling de baja severidad
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 4: Blowup / Buckling de media severidad
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 5: Blowup / Buckling de alta severidad
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
23
2. Grieta de Esquina.
Descripción: Una grieta de esquina es una grieta que intercepta las juntas de una losa
a una distancia menor o igual que la mitad de la longitud de la misma en ambos lados,
medida desde la esquina. Por ejemplo, una losa con dimensiones de 3.70 m por 6.10 m
presenta una grieta a 1.50 m en un lado y a 3.70 m en el otro lado, esta grieta no se
considera grieta de esquina sino grieta diagonal; sin embargo, una grieta que intercepta un
lado a 1.20 m y el otro lado a 2.40 m si es una grieta de esquina. Una grieta de esquina se
diferencia de un descascaramiento de esquina en que aquella se extiende verticalmente a
través de todo el espesor de la losa, mientras que el otro intercepta la junta en un ángulo.
Generalmente, la repetición de cargas combinada con la perdida de soporte y los
esfuerzos de alabeo originan las grietas de esquina.
Niveles de Severidad
L: La grieta está definida por una grieta de baja severidad y el área entre la grieta y las
juntas está ligeramente agrietada o no presenta grieta alguna.
M: Se define por una grieta de severidad media o el área entre la grieta y las juntas
presenta una grieta de severidad media (M)
H: Se define por una grieta de severidad alta o el área entre la junta y las grietas esta muy
agrietada.
24
Medida
La losa dañada se registra como una (1) losa si:
1. Sólo tiene una grieta de esquina.
2. Contiene más de una grieta de una severidad particular.
3. Contiene dos o más grietas de severidades diferentes.
Para dos o más grietas se registrará el mayor nivel de severidad. Por ejemplo, una losa
tiene una grieta de esquina de severidad baja y una de severidad media, deberá
contabilizarse como una (1) losa con una grieta de esquina media.
Opciones de reparación
L: No se hace nada. Sellado de grietas de más de 3 mm.
M: Sellado de grietas. Parcheo profundo.
H: Parcheo profundo. 15
Ilustración 6: Grieta de esquina de baja severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI). 15 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 22. Grieta de Esquina .En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(48). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
25
Ilustración 7: Grieta de esquina de media severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 8: Grieta de esquina de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
3. Losa Dividida.
Descripción: La losa es dividida por grietas en cuatro o más pedazos debido a
sobrecarga o a soporte inadecuado. Si todos los pedazos o grietas están contenidos en una
grieta de esquina, el daño se clasifica como una grieta de esquina severa.
26
Tabla 2: Niveles de severidad para losa Dividida.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Medida
Si la losa dividida es de severidad media o alta, no se contabiliza otro tipo de daño.
Opciones de reparación
L: No se hace nada. Sellado de grietas de ancho mayor de 3mm.
M: Reemplazo de la losa.
H: Reemplazo de la losa.16
Ilustración 9: Losa dividida de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI). 16 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 23. Losa Dividida. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(50). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
27
Ilustración 10: Losa dividida de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 11: Losa dividida de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
4. Escala.
Descripción: Escala es la diferencia de nivel a través de la junta. Algunas causas
comunes que la originan son:
1. Asentamiento debido una fundación blanda.
2. Bombeo o erosión del material debajo de la losa.
3. Alabeo de los bordes de la losa debido a cambios de temperatura o humedad.
28
Niveles de Severidad
Se definen por la diferencia de niveles a través de la grieta o junta como se indica en el
tabla:
Tabla 3: Niveles de severidad para escala.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI)
Medida
La escala a través de una junta se cuenta como una losa. Se cuentan únicamente las
losas afectadas.
Las escalas a través de una grieta no se cuentan como daño pero se consideran para
definir la severidad de las grietas.
Opciones de reparación
L: No se hace nada. Fresado.
M: Fresado.
H: Fresado.17
17 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 25. Escala. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(54). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
29
Ilustración 12: Escala de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI)
5. Daño del Sello de la Junta.
Descripción: Es cualquier condición que permite que suelo o roca se acumule en las
juntas, o que permite la infiltración de agua en forma importante. La acumulación de
material incompresible impide que la losa se expanda y puede resultar en fragmentación,
levantamiento o descascaramiento de los bordes de la junta. Un material llenante
adecuado impide que lo anterior ocurra. Los tipos típicos del daño de junta son:
1. Desprendimiento del sellante de la junta.
2. Extrusión del sellante.
3. Crecimiento de vegetación.
4. Endurecimiento del material llenante (oxidación).
5. Perdida de adherencia a los bordes de la losa.
6. Falta o ausencia del sellante en la junta.
30
Niveles de Severidad
L: El sellante está en una condición buena en forma general en toda la sección. Se
comporta bien, con solo daño menor.
M: Está en condición regular en toda la sección, con uno o más de los tipos de daño que
ocurre en un grado moderado. El sellante requiere reemplazo en dos años.
H: Está en condición generalmente buena en toda la sección, con uno o más de los daños
mencionados arriba, los cuales ocurren en un grado severo. El sellante requiere reemplazo
inmediato.
Medida
No se registra losa por losa sino que se evalúa con base en la condición total del
sellante en toda el área.
Opciones de reparación
L: No se hace nada.
M: Resellado de juntas.
H: Resellado de juntas.18
18 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 21. Daño del Sello de la Junta. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(56). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
31
Ilustración 13: Daño del sello de junta de severidad Baja.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 14: Daño del sello de junta de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 15: Daño del sello de junta de severidad Alta.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
32
6. Parche Pequeño (Menor de 0.45 m2).
Descripción: Es un área donde el pavimento original ha sido removido y reemplazado
por un material de relleno.
Niveles de Severidad
L: El parche está funcionando bien, con poco o ningún daño.
M: El parche está moderadamente deteriorado. El material del parche puede ser retirado
con considerable esfuerzo.
H: El parche está muy deteriorado. La extensión del daño exige reemplazo.
Medida
Si una losa presenta uno o más parches con el mismo nivel de severidad, se registra como
una losa que tiene ese daño. Si una sola losa tiene más de un nivel de severidad, se
registra como una losa con el mayor nivel de daño. Si la causa del parche es más severa,
únicamente se contabiliza el daño original.
33
Opciones para Reparación
L: No se hace nada.
M: No se hace nada. Reemplazo del parche.
H: Reemplazo del parche.19
Ilustración 16: Parche pequeño de severidad baja.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 17: Parche pequeño de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
19 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 21. Parche Pequeño. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(64). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
34
Ilustración 18: Parche pequeño de severidad Alta.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
7. Pulimento de Agregados.
Descripción: Este daño se causa por aplicaciones repetidas de cargas del tránsito.
Cuando los agregados en la superficie se vuelven suaves al tacto, se reduce
considerablemente la adherencia con las llantas. Cuando la porción del agregado que se
extiende sobre la superficie es pequeña, la textura del pavimento no contribuye
significativamente a reducir la velocidad del vehículo. El pulimento de agregados que se
extiende sobre el concreto es despreciable y suave al tacto. Este tipo de daño se reporta
cuando el resultado de un ensayo de resistencia al deslizamiento es bajo o ha disminuido
significativamente respecto a evaluaciones previas.
Niveles de Severidad
No se definen grados de severidad. Sin embargo, el grado de pulimento deberá ser
significativo antes de incluirlo en un inventario de la condición y calificarlo como un
defecto.
35
Medida
Una losa con agregado pulido se cuenta como una losa.
Opciones de reparación
L, M y H: Ranurado de la superficie. Sobrecarpeta.20
Ilustración 19: Pulimento de agregados.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
8. Bombeo.
Descripción: El bombeo es la expulsión de material de la fundación de la losa a través
de las juntas o grietas. Esto se origina por la deflexión de la losa debida a las cargas.
Cuando una carga pasa sobre la junta entre las losas, el agua es primero forzada bajo losa
delantera y luego hacia atrás bajo la losa trasera. Esta acción erosiona y eventualmente
remueve las partículas de suelo lo cual generan una perdida progresiva del soporte del
pavimento. El bombeo puede identificarse por manchas en la superficie y la evidencia de
material de base o subrasante en el pavimento cerca de las juntas o grietas.
20 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 31. Pulimento de Agregados. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(66). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
36
El bombeo cerca de las juntas es causado por un sellante pobre de la junta e indica la
pérdida de soporte. Eventualmente, la repetición de cargas producirá grietas. El bombeo
también puede ocurrir a lo largo del borde de la losa causando perdida de soporte.
Niveles de Severidad
No se definen grados de severidad. Es suficiente indicar la existencia.
Medida
El bombeo de una junta entre dos losas se contabiliza como dos losas. Sin embargo, si
las juntas restantes alrededor de la losa tienen bombeo, se agrega una losa por junta
adicional con bombeo.
Opciones de reparación
L, M y H: Sellado de juntas y grietas. Restauración de la transferencia de cargas.21
21 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 21. Bombeo. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(68). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
37
Ilustración 20: Bombeo.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
9. Descascaramiento de Esquina.
Descripción: Es la rotura de la losa a 0.6 m de la esquina aproximadamente. Un
descascaramiento de esquina difiere de la grieta de esquina en que el descascaramiento
usualmente buza hacia abajo para interceptar la junta, mientras que la grieta se extiende
verticalmente a través de la esquina de losa. Un descascaramiento menor que 127 mm
medidos en ambos lados desde la grieta hasta la esquina no deberá registrarse.
Niveles de severidad
En el Cuadro 38.1 se listan los niveles de severidad para el descascaramiento de
esquina. El descascaramiento de esquina con un área menor que 6452 mm2 desde la
grieta hasta la esquina en ambos lados no deberá contarse.
38
Tabla 4: Niveles de severidad para descaramiento de esquina.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Medida
Si en una losa hay una o más grietas con descascaramiento con el mismo nivel de
severidad, la losa se registra como una losa con descascaramiento de esquina. Si ocurre
más de un nivel de severidad, se cuenta como una losa con le mayor nivel de severidad.
Opciones de reparación
L: No se hace nada.
M: Parcheo parcial.
H: Parcheo parcial.22
Ilustración 21: Descaramiento de esquina de severidad baja.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI). 22 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 38. Descaramiento de Esquina. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(77). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
39
Ilustración 22: Descaramiento de esquina de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 23: Descaramiento de esquina de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
10. Descascaramiento de junta.
Descripción: Es la rotura de los bordes de la losa en los 0.60 m de la junta.
Generalmente no se extiende verticalmente a través de la losa si no que intercepta la junta
en ángulo. Se origina por:
1. Esfuerzos excesivos en la junta causados por las cargas de tránsito o por la infiltración
de materiales incompresibles.
2. Concreto débil en la junta por exceso de manipulación.
40
Niveles de Severidad
En el Cuadro 39.1 se ilustran los niveles de severidad para descascaramiento de junta.
Una junta desgastada, en la cual el concreto ha sido desgastado a lo largo de toda la junta
se califica como de baja severidad.
Tabla 5: Niveles de severidad descaramiento de junta.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Medida
Si el descascaramiento se presenta a lo largo del borde de una losa, esta se cuenta
como una losa con descascaramiento de junta. Si está sobre más de un borde de la misma
losa, el borde que tenga la mayor severidad se cuenta y se registra como una losa. El
descascaramiento de junta también puede ocurrir a lo largo de los bordes de dos losas
adyacentes. Si este es el caso, cada losa se contabiliza con descascaramiento de junta.
41
Opciones para Reparación
L: No se hace nada.
M: Parcheo parcial.
H: Parcheo parcial. Reconstrucción de la junta.23
Ilustración 24: Descaramiento de junta de baja severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Ilustración 25: Descaramiento de junta de media severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
23 ING. ESP. LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA. (2002). 39. Descaramiento de Junta. En PAVEMENT CONDITION INDEX (PCI)(79). Manizales: Universidad Nacional de Colombia.
42
Ilustración 26: Descaramiento de junta de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
2.4 Equipos
Para la ejecución del trabajo de investigación realizado fue necesaria la ayuda de aparatos
o equipos tecnológicos que con sus avances y grandes capacidades, aseguran una mayor
precisión y rapidez al momento de realizar cualquier trabajo a nivel topográfico.
A continuación se hará una descripción a groso modo de cada uno de los equipos y sus
características fundamentales.
2.4.1 Radar Falcón HR (Velocímetro)
Dentro de los equipos utilizados para la ejecución del proyecto se encuentra el radar para
la toma de velocidades fabricado por Falcón referencia HR.
43
Ilustración 27: Radar de Velocidades Falcón HR.
Fuente: http://www.galls.com/kustom-signals-falcon-hr-handheld-radar
Características:
Interfaz sencilla con gráficos LCD
Capacidad de seguimiento de múltiples objetivos con procesamiento de señal digital
Disponible en mano o como un dispositivo montado en el tablero.
2.4.2 Estación Total Trimble 3600 Dr
Este instrumento topográfico se utilizó en la segunda fase de la ejecución del proyecto. La
estación TRIMBLE serie 3600, representa una nueva serie de estaciones totales destinadas a una
medición más sencilla y eficaz en proyectos de ingeniería y construcción con la que se puede:
Tomar puntos en dos y tres dimensiones a través de ángulos y distancia.
Tomar puntos en dos y tres dimensiones en coordenadas.
Replanteo en dos y tres dimensiones por coordenadas.
44
Replanteo en dos y tres dimensiones por distancias y cota.
Medir diferencias de alturas.
Localización alturas.
Ilustración 28: Estación Trimble 3600 Dr.
Fuente: http://arqytop.com/portfolio_touch/trimble-3600-dr-series/
2.4.3 Equipo menor de Topografía
En el transcurso de la realización de la toma de datos para la nivelación, se tuvo la necesidad
de recurrir a equipos menores de topografía tales como:
45
Cinta métrica
Una cinta métrica o un flexómetro es un instrumento de medida que consiste en una cinta
flexible graduada y se puede enrollar, haciendo que el transporte sea más fácil. También se
puede medir líneas y superficies curvas Las cintas métricas se hacen de distintos materiales, con
la longitud y pesos muy variables. Se emplea para hacer medidas en el campo, de distancias
horizontales. En la topografía la más común es la de acero y mide de 50 a 100 m. La cinta
métrica no ocupa de mucho cuidado porque es un aparato muy manejable y duradero.
Plomada metálica
Instrumento con forma de cono, construido generalmente en bronce, con un peso que varía
entre 225 y 500 gr, que al dejarse colgar libremente de la cuerda sigue la dirección de la vertical
del lugar, por lo que con su auxilio podemos proyectar el punto de terreno sobre la cinta métrica.
Tradicionalmente este instrumento se ha construido con una cuerda y una pesa de plomo (que le
da nombre). Actualmente este simple mecanismo se suele fabricar en aleaciones metálicas de
plomo o bismuto (para uso náutico), de aluminio o latón cromado, con cuerdas retráctiles para
otros usos. También hay las que incorporan tecnología láser. La plomada metálica no ocupa de
mucho cuidado porque es un aparato muy manejable y duradero.
46
Prisma topográfico
Es un objeto circular formado por una serie de cristales que tienen la función de regresar la
señal emitida por una estación total o teodolito.
La distancia del aparato al prisma es calculada en base al tiempo que tarda en ir y regresar al
emisor (estación total o teodolito).
Los hay con diferentes constantes de corrección, dependiendo del tipo de prisma (modelo).
En sí es el sustituto del estadal que se utilizaba en los levantamientos topográficos anteriormente
y ayuda a realizar el trabajo con mayor rapidez y precisión.
2.5 Estadísticos descriptivos
Para hacer el respectivo análisis estadístico de los resultados encontrados a partir de la
investigación, resultan de gran utilidad los estadísticos descriptivos, herramientas utilizadas en la
rama de la estadística para analizar desde distintos puntos de vista los diferentes
comportamientos que presentan los resultados.
Entre estas herramientas están:
Moda:
Modalidad de una variable con mayor frecuencia.
Cálculo: Datos sin agrupar: modalidad con mayor frecuencia.
Datos agrupados: el punto medio del intervalo de mayor frecuencia.
47
Mediana:
Puntuación que deja por debajo de sí al 50% de los casos de la distribución y por encima al
otro 50%.
Cálculo:
Datos sin agrupar y agrupados:
l.r.i.: límite real inferior del intervalo crítico
n: tamaño de la muestra.
fai: frecuencia acumulada por debajo del intervalo crítico.
fp: frecuencia propia del intervalo crítico.
i: amplitud del intervalo crítico.
Media:
Promedio o valor medio de las puntuaciones de una muestra en una variable.
Cálculo.
Datos sin agrupar:
48
Datos agrupados:
Estadísticos de dispersión:
Informan sobre el grado de aproximación o separación que mantienen entre sí los valores de
una variable en una muestra.
a) Desviación o recorrido semiintercuartil (Q), amplitud semiintercuartil (ASI) o error
probable (EP):
- Concepto: Informa sobre la variabilidad del 50% central de los datos de una muestra.
- Cálculo: Datos sin agrupar y agrupados.
b) Varianza (S2) y desviación típica (S).
Concepto: promedio de diferencias cuadráticas de las puntuaciones con respecto a la
media (varianza), y su raíz cuadrada (desviación típica).
Cálculo:
49
Datos sin agrupar:
Datos agrupados:
Estadísticos de forma:
Informan sobre la forma de la distribución de los datos de una variable en una muestra.
Asimetría: distribución de las puntuaciones en torno a la media.
Concepto: Distribución simétrica: eje de simetría.
Distribución asimétrica: no eje de simetría.
Positiva: predominio de valores bajos. AS>0
Negativa: predominio de valores altos AS<0
Curtosis: mayor o menor grado de elevación del polígono de frecuencias.24
2.6 Nivelación Trigonométrica
24 Chiner Sanz, Esther. (2011). Materiales docentes de la asignatura Métodos, Diseños y Técnicas de Investigación Psicológica. de Universidad de Alicante. Departamento de Psicología de la Salud Sitio web: http://ocw.usal.es/eduCommons/ciencias-sociales-1/metodos-disenos-y-tecnicas-de-investigacion-psicologicos/contenidos/TEMA%203.pdf
50
La nivelación tiene como fundamento medir distancias verticales directas o indirectas para
hallar diferencia de nivel entre un punto de terreno o de construcciones.
El tipo de nivelación utilizada en este proyecto de investigación es la nivelación trigonométrica
que corresponde al método de nivelación que utiliza ángulos verticales y distancias horizontales
para la determinación del desnivel entre dos puntos de manera indirecta, apoyándose en las leyes
elementales de la trigonometría, teniendo presente que dichos puntos estén dentro de los límites
del campo topográfico altimétrico a fin de despreciar los efectos de curvatura y refracción al
considerar la tierra como plana. Los ángulos vertical se pueden medir a partir de la horizontal
(ángulo de pendiente) o del cenit (cenital) siendo esto último la más conveniente. Los
fundamentos trigonométricos se representan en la siguiente figura: En ángulo vertical se puede
medir con teodolito o con clisímetro, dependiendo de la precisión deseada. Para el caso de visual
horizontal, en el que α= 0 y φ= 90° (visual con nivel), el desnivel se calcula como: Δ AB= h I –
lm que es el caso particular de la nivelación geométrica. 25
25 Jhony Alexander Vega. (2012). Nivelación Trigonométrica. 10/06/2015, de Academia EDU. Sitio web:
http://www.academia.edu/3765407/Nivelacion_Trigonometrica.
51
Ilustración 29: Nivelación Trigonométrica.
Fuente: http://www.academia.edu/3765407/Nivelacion_Trigonometrica
52
2.7 Índice de Rugosidad Internacional
Para establecer criterios de calidad y comportamiento de los pavimentos que indicaran las
condiciones actuales y futuras del estado superficial de un camino, surgió la necesidad de
establecer un índice que permitiera evaluar las deformaciones verticales de un camino, que
afectan la dinámica de los vehículos que transitan sobre él. Se trató de unificar los criterios de
evaluación con los equipos de medición de rugosidad a nivel mundial, tales como los
perfilómetros o los equipos de tipo respuesta, y que de alguna manera sustituyera el método de la
AASHO, ahora AASHTO, que permite calificar la condición superficial de un camino solo en
forma subjetiva.
El Índice Internacional de Rugosidad, mejor conocido como IRI (International Roughness
Index), fue propuesto por el Banco Mundial en 1986 como un estándar estadístico de la
rugosidad y sirve como parámetro de referencia en la medición de la calidad de rodadura de un
camino. El Índice Internacional de Rugosidad tiene sus orígenes en un programa Norteamericano
llamado Nacional Cooperative Highway Reseach Program (NCHRP) y está basado en un modelo
llamado "Golden Car" descrito en el reporte 228 del NCHRP.
El cálculo matemático del Índice Internacional de Rugosidad está basado en la acumulación
de desplazamientos en valor absoluto, de la masa superior con respecto a la masa inferior (en
milímetros, metros o pulgadas) de un modelo de vehículo (cuarto de carro, Figura 3), dividido
entre la distancia recorrida sobre un camino (en m, km. o millas) que se produce por los
53
movimientos al vehículo, cuando éste viaja a una velocidad de 80 km/h. El IRI se expresa en
unidades de mm/m, m/km, in/mi, etc.26
Calculo del IRI (Índice de Rugosidad Internacional)
Para calcular el IRI es necesario conocer el Perfil longitudinal de la carretera definido por sus
cotas en intervalo, dx, de longitud constante, además, el intervalo de medida no debe ser inferior
a 10mm ni superior a 300mm. Este cálculo relaciona los desplazamientos verticales de las masas
no suspendidas y suspendidas respectivamente con relación a su posición inicial y también
relaciona la longitud de valoración de la vía.
Técnicas utilizadas en la medición del IRI (Índice de Rugosidad Internacional)
Existen varios instrumentos que son utilizados para la obtención del Índice de Rugosidad
Internacional los cuales son catalogados por el banco mundial como equipos de alto rendimiento
y equipos de bajo rendimiento. Los instrumentos topográficos son catalogados como aparatos de
bajo rendimiento, ya que resulta muy lenta, la adquisición de datos, en la vía auscultar, sin
embargo también son clasificados por el banco, como instrumentos de alta precisión. Los
perfilómetros son cámaras laser instaladas en el exterior de un vehículo automotor, mediante el
avance del vehículo, estos dispositivos disparan un láser hacia la vía esta se refleja y un
computador captura estos datos y los registra, generando una distancia que se almacena como
26 Mario C. Arriaga Patiño, Paul Garnica Anguas, Alfonso Rico Rodríguez. (2008). ÍNDICE INTERNACIONAL DE RUGOSIDAD EN LA RED CARRETERA DE MÉXICO. 05/07/2015, de Instituto Mexicano del Transporte Sitio web: http://imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt108.pdf
54
una elevación y se tabula, y de esta manera, dibujar un perfil de la vía. Posteriormente se generan
los datos de salida usando un software que reconoce este tipo de cantidades.27
Ilustración 30: Perfilógrafos de alto rendimiento
Fuente:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/Perfil%C3%B3grafo_California.j
pg/300px-Perfil%C3%B3grafo_California.jpg
Los perfilógrafos de precisión son los equipos con más rendimiento actualmente y se
catalogan como equipos de primera clase. Requieren que el perfil longitudinal de un camino sea
medido como una serie de puntos de elevación equidistante a través de la huella o rodeadora de
la vía para calcular el IRI. Esta distancia no debería superar los 0.25 m y la precisión en la
27 Rodríguez Miguel, Sandoval Alexandra, Villegas Alda. (2008). Determinación de la variación del Índice de Rugosidad Internacional IRI respecto al procedimiento y quipos utilizados para su obtención. En (P 21). Bogotá.
55
medición de la elevación debería ser de 0.5 mm para pavimentos que posean IRI entre 1 y 3
m/Km y de 3 mm para pavimentos con valores del IRI entre 10 y 20 m/Km.28
Tabla 6: Calificación del IRI (Índice de Rugosidad Internacional).
En Bogotá el Instituto de desarrollo Urbano hacen una diferencia con valores del IRI, para
vías de pavimento Hidráulico y Vías de Pavimento asfaltico; como se muestra a continuación:
Tabla 7: Valores del IRI (m/Km) para Pavimentos Hidráulicos y Pavimento Asfalticos.
Fuente: Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá
2.7.1 Software Inpaco (Investigación Nacional de Pavimentos para Colombia).
El software Inpaco es un programa creado por el Ministerio de transporte, el Instituto
Nacional de Vías y la Universidad del Cauca, por un grupo de ingenieros con la finalidad de la
investigación Nacional de Pavimentos.
28 Raúl Montes Solar. (2008). (p. 21). Bogotá: determinación de la variación del Índice de Rugosidad Internacional IRI respecto al procedimiento y quipos utilizados para su obtención.
56
Ilustración 31: Software Inpaco en proceso del IRI
Fuente: Propia
3. Metodología
3.1 Métodos
La metodología de trabajo se definió en cinco etapas:
3.1.1 cálculo del PCI (índice de condición de pavimentos) Los pasos para calcular el PCI se describen a continuación: 1. División de las secciones de la red de pavimentos en unidades de muestreo o inspección.
–Unidad de muestreo o inspección: área de pavimento para evaluación y calificación del PCI.
2. Determinación de las unidades de muestreo para inspeccionar.
–Censo de todas las unidades (necesario en proyectos).
–Selección de algunas unidades (seguimiento de una red).
3. Inspección de la condición superficial.
–Aplicación de la metodología según el tipo de pavimento.
57
4. Cálculo del PCI.
–Cada unidad de muestreo estará representada por su PCI.
3.1.1.1. División del pavimento en unidades de muestreo.
El área de la unidad de muestreo debe estar en el rango de 20 ± 8 losas.
Las losas deben tener menos de 8 metros de largo.
Los rangos indicados garantizan un cálculo preciso del PCI.
La longitud puede variar a conveniencia del usuario pero no necesariamente coincide con
las calles en las ciudades.
Se debe conservar el croquis y los esquemas del levantamiento de campo para
relocalización de unidades en inspecciones futuras.
3.1.1.2. Determinación de las unidades de muestreo para inspeccionar.
En ocasiones, la inspección de todas las unidades es larga y costosa.
De acuerdo con el nivel de detalle requerido se pueden inspeccionar todas o
algunas de las unidades de muestreo.
Inspección en el nivel de proyecto.
Se requiere mayor información para preparar contratos.
Se requiere información detallada de cantidades de obra para reparación.
Inspección en el nivel de red.
58
Se requiere información para calificar de forma general la condición de la red e
identificar proyectos específicos.
Se requiere información rápida para análisis poco precisos de tipo estratégico.
3.1.1.3. Inspección de la condición superficial.
Equipo.
Odómetro manual para medir longitudes y áreas de los daños.
Pintura para demarcación de piso.
Regla y cinta métrica para medir la profundidad de desplazamientos, desniveles,
hundimientos, escalonamientos, ahuellamientos, etc.
Manual de daños con formatos de campo.
Esquema de las vías a inspeccionar.
Procedimiento.
Se inspecciona la unidad de muestreo para medir la clase, cantidad y severidad de los
daños.
59
Equipo para la inspección.
Odómetro manual para medir longitudes y áreas de los daños.
Ilustración 32: Odómetro
Fuente: http://www.ferromundo.com/spip.php?article1127
Pintura para demarcación de piso.
Flexometro y cinta métrica para medir la profundidad de desplazamientos, desniveles,
hundimientos, escalonamientos, ahuellamientos, etc.
Ilustración 33: Flexometro y Cinta Métrica.
Fuente: http://www.ferrovicmar.com/herramientas-electricas.asp?producto=inox-34133
60
Manual de daños con formatos de campo.
Ilustración 34: Formatos de Campo.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Procedimiento.
Se inspecciono la unidad de muestreo para medir la clase, cantidad y severidad de los daños;
según los 19 tipos de daños en estipulados en el Manual del PCI para pavimentos de concreto
hidráulico.
La severidad de algunos daños es función de la calidad de viaje o tránsito definida previamente y
la severidad de otros depende de las fisuras que los forman.
61
TABLA 8: SUPERFICIE DE CEMENTO PORTLAND.
No. Daño Un. No. Daño Un.
1 Blow Up/ Bucking
m2 11 Pulimento de Agregados m2
2 Grieta de Esquina
m2 12 Popouts
m2
3 Losa Dividida
m2 13 Bombeo
m2
4 Grieta de Durabilidad
m2 14 Punzonamiento
m2
5 Escala
m2 15 Cruce de Vía Férrea
m2
6 Sello de Junta
m2 16 Desconchamiento
m2
7 Desnivel Carril
m2 17 Grietas de Retracción
m2
8 Grietas Lineales
m2 18 Descaramiento de
Esquina m2
9 Parcheo Grande
m2 19 Descaramiento de Junta
m2
10 Parcheo Pequeño m2
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
Al realizar la inspección se encontraron los diferentes tipos de daños descritos a continuación:
1. Blowup - Buckling
Al realizar la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas se
aprecian una serie daños de tipo Blowup / Buckling y se le dio una calificación de baja
severidad.
62
Ilustración 35: Blowup / Buckling de baja severidad
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
2. Grieta de Esquina
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Grieta de esquina y se le dio una calificación de Alta
severidad debido al área y longitud de la misma.
Ilustración 36: Grieta de esquina de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
63
3. Losa Dividida
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Losa dividida y se le dio una calificación de Alta severidad
debido a que en la losa se forman más de un total de 8 grietas.
Ilustración 37: Losa dividida de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
5. Escala
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Escala y se le dio una calificación de Alta severidad debido a
que se encuentra una diferencia entre las losas superior a 19mm.
Ilustración 38: Escala de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
64
6. Daño del Sello de la Junta.
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Daño del sello de junta y se le dio una calificación de media
severidad debido al número de zonas en las cuales se observa filtración de agua y diferentes
partículas.
Ilustración 39: Daño del sello de junta de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI)
10. Parche Pequeño (Menor de 0.45 m2).
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Parche pequeño y se le dio una calificación de baja severidad
conforme al número de zonas en las cuales se encuentra el daño.
65
Ilustración 40: Parche pequeño de severidad baja.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI)
11. Pulimento de Agregados.
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Pulimento de agregados debido al número de cargas repetidas
de tránsito.
Ilustración 41: Pulimento de agregados
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI)
66
13. Bombeo
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Bombeo debido al esparcimiento de material provocado por
el alto tránsito de articulados sobre las losas.
Ilustración 42: Bombeo.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
18. Descascaramiento de Esquina.
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Descascaramiento de esquina y se le dio una calificación de
media severidad conforme al número de rupturas en las esquinas de las losas.
67
Ilustración 43: Descaramiento de esquina de severidad media.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
19. Descascaramiento de junta
Continuando con la inspección se encuentra que a lo largo de los diferentes números de losas
se aprecian una serie daños de tipo Descascaramiento de junta y se le dio una calificación de Alta
severidad debido a que en la zona de estudio la gran parte de las losas poseen este daño en áreas
bastante significativas.
Ilustración 44: Descaramiento de junta de alta severidad.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
68
3.1.1.4. Cálculo del PCI para una unidad de inspección.
Al completar la inspección de campo, se emplea la información sobre los daños para
calcular el PCI.
El cálculo puede ser manual o computarizado y se basa en los “Valores Deducidos” de
cada daño de acuerdo con la cantidad y severidad reportadas.
Etapa 1. Cálculo de los Valores Deducidos:
1. a. Sume cada tipo y nivel de severidad de daño y regístrelo en la columna TOTAL.
1. b. Divida este TOTAL de cada clase de daño y nivel de severidad entre el ÁREA TOTAL de
la unidad de inspección y exprese el resultado como porcentaje. Esta es la DENSIDAD del daño,
con su nivel de severidad, para la unidad en estudio.
1. c. Determine el VALOR DEDUCIDO para cada tipo de daño y su nivel de severidad mediante
las curvas denominadas “Valor Deducido del Daño” de acuerdo con la densidad obtenida.
69
INDICE DE CONDICION DEL PAVIMENTO
PAVIMENTO DE CONCRETO HIDRAULICO
Exploracion de la condicion superficial por unidades de muestreo
Ramal AVENIDA CARACAS CON CALLE 39
Seccion SECCION 001
Fecha de Inspeccion 05/07/2015
Abscisa Inicial K0+000
Abscisa Final K0+020
Area de muestreo (m2) 7.0 m X 20 m
Inspeccion por Ingrid Sanabria ‐ Jeison Fino
No. Daño Un. No. Daño Un.
1 Blow Up/ Bucking
m2 11Pulimento de Agregados
m2Grieta transversal Repeticiones de cargas de transito
2 Grieta de Esquina
m2 12Popouts
m2Grieta en intercepcion de losas Pavimento que se desprende
3 Losa Dividida
m2 13Bombeo
m2Losa dividida en 3 o 4 pedazos Expulsión del material de la losa
4 Grieta de Durabilidad
m2 14Punzonamiento
m2Expansion por agregados Losa rota en pedazos
5 Escala
m2 15Cruce de Via Ferrea
m2Diferencia de nivel entre losas Depresiones alrededor de los rieles
6 Sello de Junta
m2 16Desconchamiento
m2Acumulacion de roca entre losas Red de grietas superficiales
7 Desnivel Carril
m2 17Grietas de Retraccion
m2Erosion de la berma Grietas capilares
8 Grietas Lineales
m2 18Descascaramiento de Esquina
m2Division de la losa en 2 o 3 pedazos Rotura superficial en la esquina
9 Parcheo Grande
m2 19Descascaramiento de Junta
m2Reemplazar por material nuevo Rutura superficial en la junta
10 Parcheo Pequeño
m2 Reemplazar por material nuevo
70
Daño Nivel de Severidad
Cantidades Parciales Total (m2)
Densidad (%)
Valor Deducido
1 L 0,3X2 0,3X2.7 0,3X1,8 0,3X2 0,3X2.6 0.3X2 3,114 2,22 0,3
2 H 0,1X0,2 0,1X0,4 0,4X0,5 0.5X1 0,6X0,7 1,2 0,86 22,5
3 H 0,9X1 0,4X1,7 1X1,50 1X1 0,6X1 4,68 3,34 0,9
5 H 0,02X3 0,3X2.5 0,1X3 0,3X3.5 2,16 1,54 0,4
6 H 0,5X3,5 0,1X3 0,2X3,80 2,81 2,01 8
9 M 3,5X4 14 10,00 0,7
11 H 3,5X5 1,5X2 3,5X3 2X4 3.5X2 47 33,57 0,7
13 M 0,7X1.5 1,1 0,79 0,8
18 M 0,8X0,10 0,6X0,15 0,2 0,14 0,1
19 H 0,6X2 0,55X0,5 0,7X2 0,4X0,55 0,2X0,60 3,215 2,30 0,5
TOTAL ÁREA CON ALGÚN TIPO DE DAÑO 79,479
Etapa 2. Cálculo del Número Máximo Admisible de Valores Deducidos (m). Son los daños
a considerar en el cálculo del PCI.
2. a. Si ninguno ó sólo un “Valor Deducido” es mayor que 2 (pocos daños y de baja severidad)
sume todos los valores deducidos, reste este resultado de 100 y ¡listo! Ese es el PCI de la unidad.
En caso contrario, es decir, si dos ó más valores deducidos son mayores que 2 proceda
de la siguiente forma:
2. b. Ordene los valores deducidos de mayor a menor.
2. c. Determine el “Número Máximo Admisible de Valores Deducidos” (m).
1.00 998
100
Donde:
m: Número máximo admisible de valores deducidos.
HDV: Highest deduct value. Mayor valor deducido.
71
1.00 998
100 22.5
8,1
Etapa 3. Cálculo del máximo “Valor Deducido Corregido”, CDV. El máximo CDV
(Corrected Deduct Value) se determina mediante el siguiente proceso iterativo:
3. a. Determine el número de valores deducidos, q, mayores que 2.0.
3. b. Determine el “Valor Deducido Total” sumando TODOS los valores deducidos.
3. c. Determine el CDV con q y el “Valor Deducido Total” en la curva de corrección propia del
tipo de pavimento.
3. d. Reduzca a 2 el menor de los “Valores Deducidos” que sea mayor que 2 y repita las etapas
3.a. a 3.c. hasta que q sea igual a 1.
3. e. El máximo CDV es el mayor de los CDV obtenidos en este proceso.
ITERACIÓN VALORES DEDUCIDOS TOTAL q CDV
1 22,5 8 0,9 0,8 0,7 0,7 0,5 0,4 0,3 0,1 34,9 2 28
2 22,5 8 0,9 0,8 0,7 0,7 0,5 0,4 0,3 2 36,8 2 29
3 22,5 8 0,9 0,8 0,7 0,7 0,5 0,4 2 2 38,5 2 30
4 22,5 8 0,9 0,8 0,7 0,7 0,5 2 2 2 40,1 2 32
5 22,5 8 0,9 0,8 0,7 0,7 2 2 2 2 41,6 2 32.5
6 22,5 8 0,9 0,8 0,7 2 2 2 2 2 42,9 2 34.5
7 22,5 8 0,9 0,8 2 2 2 2 2 2 44,2 2 36
8 22,5 8 0,9 2 2 2 2 2 2 2 45,4 2 36
9 22,5 8 2 2 2 2 2 2 2 2 46,5 2 37
10 22,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 40,5 1 32
72
Etapa 4. Calcule el PCI restando 100 el máximo CDV de 100.
3.1.2 Toma de Velocidades
Una vez ubicados dentro de la estación de la Av. 39 en el paso que comunica dos vagones
desde donde se podía observar claramente el deterioro de las losas de Transmilenio se procedió a
la toma de velocidades con el radar tomando casi instantáneamente dos velocidades, la primera
con la que venía el articulado antes de llegar a las losas deterioradas, y la segunda toma fue de la
velocidad con la que pasaba sobre las mismas observando así la gran disminución de velocidad
que causa que las losas se encuentren en ese estado. Este procedimiento se repitió en 50
oportunidades durante tres días de la semana, a la misma hora teniendo un total de 300 datos;
150 de primera toma y otros 150 de la segunda.
Posteriormente y con el objetivo de hacer un análisis comparativo, se realizó la toma de 67
velocidades en un tramo que estuviera bajo las mismas condiciones de tránsito y semaforización
pero sin deterioro en sus losas.
3.1.3 Análisis estadístico
Teniendo las velocidades, se procedió a realizar el correspondiente análisis estadístico de la
reducción de velocidad que tienen los articulados al tener contacto con las losas deterioradas.
Dentro de este análisis se obtuvo el promedio de las velocidades, promedio de reducción de
velocidades, error típico, mediana, moda, desviación estándar, varianza de la muestra, curtósis,
73
coeficiente de asimetría, rango, mínimo, máximo y demás estadísticos descriptivos que llevaran
a importantes conclusiones respecto a las velocidades.
3.1.4 Cálculo nivelación trigonométrica
Con el fin de tener el modelo digital en tercera dimensión del estado real del tramo, se realizó
una nivelación trigonométrica con coordenadas arbitrarias armando el equipo en un punto con
coordenadas: N: 10000 m, E: 10000 m y cota 2600 msnm. Poniendo ceros en la esquina de una
edificación y posteriormente empezando a radiar tomando ángulos verticales, ángulos
horizontales y distancia horizontal. Se tomaron puntos cada 25cm longitudinalmente y
transversalmente se tomaron 4 puntos que corresponden a la línea por donde pasa cada llanta del
articulado en cada carril.
Ilustración 45: Ejes por donde pasan las llantas (nivelados).
Fuente: Propia.
74
Por medio de la formula general de nivelación trigonométrica, se halló la diferencia de
altura (ΔH) de cada punto respecto al punto de armado.
ΔH: Hi+Dz*(cot (V))-to
Dónde:
ΔH es la diferencia de altura, Hi la altura instrumental, Dz es la distancia horizontal, V el ángulo
vertical y To la altura del prisma.
3.1.5 Calculo del IRI (Índice de Rugosidad internacional)
El cálculo del IRI (Índice de Rugosidad internacional) se realizó con la ayuda del
software Inpaco (Investigación Nacional de Pavimentos para Colombia); teniendo en cuenta la
nivelación trigonométrica realizada en la zona de estudio se generaron los perfiles de los
respectivos ejes de la llanta por la cual circulan los articulados, siendo esta una vía de doble
carril.
A partir de las cotas y las abscisas cada 20 centímetro se inició el proceso en el software Inpaco.
Nota: El software Inpaco esta solo disponible para sistemas operativos de Windows XP por lo
tanto si no se cuenta con un equipo de estas características debemos proceder a instalar un
emulador en este casa una aplicación Java llamada Oracle VM VirtualBOX, disponible en la web
para su descarga y su instalación.
75
1. Abrimos el Software Inpaco y nos dirigimos a la opción IRI…………… Índice de
Rugosidad Internacional Método Mira-Nivel.
Ilustración 46: Software Inpaco Procedimiento 1.
Fuente: Propia.
Ilustración 47: Software Inpaco Procedimiento 1.
Fuente: Propia.
76
2. Nos abre una pestaña con el siguiente contenido:
Delta x [ ]
Identificación del tramo [ ]
Entrada de Información
Calculo del IRI
Grafica
Imprimir información
Terminar
Nos dirigimos a la pestaña Delta X [ ], y en para este caso seleccionamos 200 mm que indica
que el programa tomara abscisas cada 20 centímetros.
Ilustración 48: Software Inpaco Procedimiento 2.
Fuente: Propia
3. Nos dirigimos a la pestaña Identificación del Tramo y se digitan los siguientes datos
según corresponda:
77
Código del Tramo; en esta opción se debe digitar el código que se le desea dar al
cálculo, posteriormente podremos entrar a este y el programa nos mostrada las
configuraciones y datos ingresados para este código, por lo que debe ser único y
no se debe repetir, para este caso utilizaremos los números 1, 2, 3 y 4.
Nombre del Tramo; en esta opción le da un nombre a la zona de estudio, esta
puede ser de preferencia del interesado o como tal el nombre del tramo real.
Abscisa Inicial <m>; en esta opción se debe ingresar la abscisa en la cual se desea
que el programa inicie su cálculo del IRI y como tal la abscisa en la que se
ingresara el primer dato de altura (Cota); para este caso será de 0 (k0+000).
Abscisa Final <m>; en esta opción se debe ingresar la abscisa en la cual se desea
que el programa finalice el cálculo del IRI; para este caso será de 20 (k0+020).
Longitud Tramo <m>; esta opción funciona de manera automática y corresponde
al mismo dato ingresado en la opción Abscisa Final.
Ilustración 49: Software Inpaco Procedimiento 3.
Fuente: Propia.
78
4. Nos dirigimos a la pestaña Entrada de Información y se observa que el programa realizo
de manera automática el número de datos y un abscisado cada 20 centímetros finalizando
en 20 metros; en la columna Cota <m> se ingresa el total de cotas que se obtuvo a partir
de los perfiles longitudinales de la nivelación trigonométrica en la zona de estudio. Un
total de 101 datos por cada perfil y un total de 404 en su totalidad.
Ilustración 50: Software Inpaco Procedimiento 4.
Fuente: Propia.
Ilustración 51: Software Inpaco Procedimiento 4.
Fuente: Propia.
79
5. Nos dirigimos a la pestaña Cálculo del IRI, y el programa Inpaco generara de manera
automática a partir de los datos ingresados el IRI Calculado en <m/Km>.
Ilustración 52: Software Inpaco Procedimiento 5.
Fuente: Propia.
6. Finamente nos dirigimos a la pestaña Terminar.
Nota: Este proceso se debe repetir 4 veces con las cotas de los 4 perfiles tomados a partir
de la nivelación trigonométrica cada 20 centímetros y en un tramo de 20 metros.
80
4. Resultados y Análisis de Resultados
4.1 PCI (Índice de condición de pavimentos)
– Máximo CDV = 37.
– PCI = 100 – 37 = 63
– Calificación: Justa (Fair).
Ilustración 53: Calificación de PCI.
Fuente: Índice de Condición de pavimentos (PCI).
La unidad de muestreo sección 001 tiene 140 y se encuentra en la avenida caracas
con calle 39.
Las fallas encontradas en nivel de severidad bajo fueron:
Blow Up/ Bucking
Las fallas encontradas en nivel de severidad medio fueron:
Parcheo Grande
Bombeo
81
Descascaramiento de Esquina
Las fallas encontradas en nivel de severidad alta fueron:
Grieta de Esquina
Losa Dividida
Escala
Sello de Junta
Pulimento de Agregados
Descascaramiento de Junta
Conforme a los daños encontrados y sus respectivas cantidades, se encontró que el daño
con mayor área en la zona, es el de pulimento de agregados que es causado por aplicaciones
repetidas de cargas de tránsito y que al ser significativo se califica como un defecto que
puede ser reparado mediante un ranurado de la superficie (sobre carpeta).
Por otro lado, se encontró que el daño más sobresaliente y que causa mayor problema al
transitar los vehículos, es el daño de losa dividida que se refiere a la división o grietas de la
misma en cuatro o más pedazos y se debe a una sobrecarga o soporte inadecuado. En este
caso, este daño es causado debido a que la vía fue diseñada para vehículos articulados y tras
la implementación de vehículos bi-articulados (mayor capacidad de carga) las losas se
vieron sometidas a fuerzas o pesos mucho más significativos que causaron agrietamientos
y fisuras entre 8 o más fragmentos. Este daño con una gravedad alta (como es el caso),
puede ser reparado únicamente remplazando la losa en su totalidad.
Luego de la medición y sumatoria de las áreas que se ven afectadas por algún tipo de
daño, se obtuvo que de los 140 analizados en el tramo de estudio, 79,479 presentan
82
daños. Unos con mayor severidad o expansión que otros pero que finalmente contribuyeron
a que la calificación del PCI (Índice de Condición del Pavimento) fuera de 63 que
corresponde a una apreciación FAIR (Justa) y hace referencia a que las vibraciones en el
vehículo son significativas y requieren de una reducción en la velocidad en aras de la
comodidad y la seguridad, los hundimientos causan un rebote significativo creando este
incomodidad a los usuarios que utilizan el sistema masivo.
4.2 Velocidades de Transito Tramo deteriorado
Tabla 9: Toma de velocidades Transmilenio S.A.S (Tramo Deteriorado).
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
1 35 20
2 37 22
3 38 29
4 46 31
5 41 34
6 30 24
7 44 25
8 36 25
9 37 22
10 35 20
11 44 33
12 28 18
13 48 32
14 38 33
15 33 28
16 39 30
17 58 40
18 39 27
19 41 25
20 37 25
21 40 24
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
22 20 13
23 43 33
24 24 18
25 44 30
26 34 29
27 43 30
28 46 41
29 32 22
30 49 38
31 33 22
32 33 20
33 45 30
34 25 21
35 25 19
36 45 30
37 37 26
38 26 17
39 19 13
40 38 27
41 37 22
42 41 37
83
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
43 42 30
44 28 22
45 42 28
46 44 25
47 38 20
48 41 26
49 29 25
50 37 32
51 42 37
52 39 28
53 41 29
54 45 34
55 43 32
56 36 27
57 51 35
58 36 26
59 51 40
60 42 33
61 42 34
62 47 35
63 36 23
64 39 25
65 37 27
66 38 36
67 28 15
68 41 34
69 46 42
70 30 15
71 37 24
72 20 18
73 43 27
74 42 33
75 51 39
76 39 27
77 44 39
78 37 28
79 32 23
80 37 21
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
81 27 20
82 30 21
83 30 20
84 34 20
85 40 32
86 37 32
87 41 37
88 39 29
89 61 53
90 49 31
91 30 23
92 41 39
93 39 27
94 39 35
95 31 27
96 45 32
97 30 25
98 40 37
99 30 23
100 35 27
101 55 43
102 37 30
103 47 37
104 44 38
105 39 28
106 40 37
107 41 35
108 46 34
109 28 19
110 25 20
111 44 34
112 35 28
113 42 38
114 38 27
115 47 35
116 21 12
117 36 25
118 35 24
119 32 23
84
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
120 47 32
121 36 29
122 35 28
123 42 35
124 40 32
125 39 25
126 35 26
127 28 17
128 47 36
129 31 23
130 35 20
131 29 24
132 44 33
133 46 32
134 35 22
135 38 31
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# V. LLEGADA (Km/h)
V. AL CONTACTO (Km/h)
136 41 39
137 40 37
138 35 24
139 26 20
140 45 31
141 34 26
142 40 32
143 34 25
144 35 32
145 44 31
146 36 28
147 33 26
148 47 35
149 29 18
150 42 31
Fuente: Propia.
La metodología de trabajo utilizada en esta investigación fue bastante precisa para
alcanzar resultados significativos y llevar a conclusiones relevantes; En la primera
columna se observa el número de la toma, la segunda indica la velocidad con la que el
articulado se acercaba al hueco justo antes de pasar por él y la tercera columna hace
referencia a la velocidad con la que el articulado pasa por las losas deterioradas, es
claramente notoria la gran disminución que tienen que sufrir los articulados a causa de este
deterioro.
Se tomaron 150 datos en los cuales se observó una reducción promedio de 10 km/h, es
decir, en promedio los vehículos articulados de Transmilenio viajan a una velocidad de 38
85
km/ h pero a causa de que las losas están deterioradas, tienen que reducir la velocidad a
28km/h (promedio) para poder pasar sobre este tramo en mal estado.
4.3 Velocidades de tránsito Tramo en buen estado
Tabla 10: Toma de velocidades Transmilenio S.A.S (Tramo en Buen Estado).
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# VELOCIDAD (Km/h)
1 40
2 34
3 30
4 27
5 33
6 37
7 34
8 49
9 48
10 47
11 31
12 48
13 60
14 55
15 35
16 43
17 39
18 32
19 52
20 45
21 37
22 46
23 41
24 38
25 52
26 45
27 49
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# VELOCIDAD (Km/h)
28 60
29 35
30 46
31 45
32 41
33 33
34 44
35 44
36 38
37 32
38 37
39 32
40 39
41 34
42 32
43 41
44 32
45 31
46 44
47 36
48 42
49 41
50 35
51 39
52 51
53 55
54 31
86
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# VELOCIDAD (Km/h)
55 51
56 49
57 39
58 37
59 48
60 46
61 49
TOMA DE VELOCIDADES TRANSMILENIO S.A.S
# VELOCIDAD (Km/h)
62 47
63 39
64 37
65 53
66 51
67 35
Fuente: Propia
En estas columnas se observa primeramente el número de la toma y seguido a esto se
encuentran las velocidades tomadas con el radar utilizado. Estos datos representan las
velocidades con las que los vehículos circulan en la zona que se encuentra en buen estado y
está bajo las mismas condiciones de semaforización que posee la zona de estudio.
Evidentemente estas velocidades son considerablemente más altas que las de la tabla
anterior, se observaron en repetidas ocasiones velocidades de 60 km/h, siendo 37 km/h la
velocidad que más se repite, 27 km/h la velocidad mínima observada y 41 km/h el
promedio de éstas velocidades, significando 10 km/h más que las velocidades calculadas
sobre el tramo que está en malas condiciones.
87
4.4 Representación estadístico
En esta ayuda visual es aún mucho más clara la diferencia de velocidades que se observaron
en medio de la práctica de esta investigación, evidentemente la velocidad que está representada
en color azul oscuro es considerablemente más alta que la de color azul claro; esto se debe a
que la primera velocidad mencionada hace referencia a la primera toma que se realizó, es decir,
la velocidad con la que el vehículo llegaba al hueco justo antes de pasar sobre el. En las
velocidades representadas con color azul claro se evidencia una gran disminución respecto a la
otra pues estas velocidades hacen referencia a la toma que se hacían cuando el articulado estaba
pasando justo sobre las losas deterioradas.
0
10
20
30
40
50
60
701 6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
velocidad
es (Km/h)
Analisis Gráfico de resultados
V. LLEGADA
V. AL CONTACTO
88
VELOCIDAD DE LLEGADA
Media 38,0266667
Error típico 0,59542977
Mediana 38
Moda 37
Desviación estándar 7,29249561
Varianza de la muestra 53,1804922
Curtosis 0,52979096
Coeficiente de asimetría -0,07155925
Rango 42
Mínimo 19
Máximo 61
Suma 5704
Cuenta 150
‐101030507090
110130150170
VELOCIDAD DE LLEGADA
89
VELOCIDAD AL CONTACTO
Media 28,24
Error típico 0,56802811
Mediana 28
Moda 25
Desviación estándar 6,95689509
Varianza de la muestra 48,3983893
Curtosis 0,16715003
Coeficiente de asimetría 0,19227866
Rango 41
Mínimo 12
Máximo 53
Suma 4236
Cuenta 150
020406080100120140160
VELOCIDAD AL CONTACTO
90
En las 150 tomas que se realizaron cuando el vehículo se acercaba a las losas en mal estado,
se tuvo una velocidad máxima de 61 km/h, una mínima de 19 km/h, una velocidad
mayormente repetida o moda de 37 km/h y una circulación promedio de 38 km/h. Por otro lado,
en los 150 datos tomados cuando el articulado estaba pasando sobre los huecos se observó una
velocidad máxima de 53 km/h, una velocidad mínima de 12 km/h, una moda de 25 km/h y un
promedio de velocidades de 28 km/h.
VELOCIDAD TRAMO EN BUEN ESTADO
Media 41,4626866
Error típico 0,95116591
Mediana 41
Moda 37
Desviación estándar 7,78562848
Varianza de la muestra 60,6160109
Curtosis -0,6140152
Coeficiente de asimetría 0,36485767
Rango 33
Mínimo 27
Máximo 60
Suma 2778
Cuenta 67
91
4.5 Perdidas Monetarias
Consecuente a todos los resultados observados a lo largo de la investigación y para hacer
cumplimiento al objetivo general propuesto al inicio, es preciso hacer la relación entre tiempo
perdido por la baja velocidad con la que tienen que transitar los articulados a causa de las losas
deterioradas y el dinero, es decir, a cuánto dinero equivale ese tiempo que se está gastando de
más un ciudadano mensualmente para poder desplazarse de un lugar a otro dentro de la ciudad
de Bogotá.
Esta relación se realizó con respecto a un salario mínimo mensual legal vigente (SMMLV) que
para el año en curso equivale a $ 644.350 (Seiscientos cuarenta y cuatro mil trescientos
cincuenta) pesos colombianos.
‐1001020304050607080 VELOCIDAD TRAMO EN BUEN ESTADO
92
La metodología utilizada para este cálculo fue la siguiente:
Asumiendo que, como lo indican los resultados de las tomas de velocidades en el tramo en
buen estado, 41 Km/h es la velocidad promedio con la que los articulados deberían transitar si
las losas estuvieran en perfectas condiciones pero en realidad la velocidad con la que hoy día
los articulados pueden transitar sin causar tantos daños mecánicos e incomodidad en los
pasajeros es de 31 km/ h.
Si la reducción por las losas deterioradas es de 10 km/h en promedio y se asume que el
tiempo promedio que se debería gastar un ciudadano al trasladarse de un lugar a otro es de 15
minutos si fuese a la velocidad del tramo en buen estado (41 km/h), pero como realmente la
malla vial de la ciudad de Bogotá se encuentra en mal estado, el ciudadano ya no gastará esos
15 minutos en llegar si no que gastará aún más, para tener una mediana idea de este tiempo de
más que se está gastando el usuario, se procedió de la siguiente manera:
15 minutos 0.25 horas
41 Km/h =
.
. Distancia que se recorre en 15 minutos a una velocidad de 41Km/h
Teniendo esta distancia se procederá a calcular el tiempo que tarda en recorrerla a una
velocidad de 41 km/ h que es la velocidad del tramo en buen estado menos los 10 km/h que se
reduce por pasar sobre el pavimento en mal estado.
93
Entonces:
31 Km/ h = .
. . ≈ .
. ≈ 20 Min Tiempo que tarda en recorrer los mismos 10.25 Km
Distancia pero a una velocidad de 31 km/h que es la velocidad promedio en la que transitan
los vehículos articulados.
Este análisis lleva a concluir que por cada 10.25 Km que un ciudadano se desplace, estará
perdiendo 5 minutos en su viaje por motivo de la baja velocidad con la que tienen que circular
los vehículos.
A modo ejemplo; Un usuario del sistema que necesite recorrer diariamente los 28 Km que
tiene la troncal de la Avenida Caracas, ida y vuelta, desde la localidad 5 (Usme) hasta la calle
80, perderá 14 minutos por cada recorrido, es decir, 28 minutos diarios, 168 minutos en una
semana de 6 días por 4 semanas que significan un mes, el usuario pierde 672 minutos, lo que
corresponde a 11 horas 20 minutos mensualmente; tiempo que podrían ser invertidos de una
manera mucho más productiva tanto en el área social como es el tiempo en familia o en el área
de económica.
94
Estas 11 horas 20 minutos de más que se está gastando un usuario para dirigirse de su vivienda
al lugar de destino y del lugar de destino desde su vivienda le equivaldrán a:
Si 8 horas del salario mínimo corresponden a 21.478 pesos colombianos, 11 horas 20 minutos a
cuánto dinero equivaldría:
Entonces:
8 21.478
11,2 X
, ∗ .
X = 30.070 Dinero al que corresponde esas 11,2 horas en pesos colombianos por cada
usuario del sistema de transporte más importante de la ciudad de Bogotá.
Es decir que si se quisiera calcular ese dinero pero para los miles de usuarios que utilizan este
medio, a cifra sería bastante significativa.
95
4.6 Modelo Digital en tercera dimensión
Tabla 11: Descripción y MODELACIÓN 3D de la zona de estudio.
Esta Imagen hace referencia a los carriles o
ejes viales por los cuales transitan las llantas
de los articulados.
Modelo en Planta con curvas de nivel y ejes
viales por los cuales transitan las llantas de
los articulados.
Modelo 3D el cual muestra el verdadero
estado de la zona de estudio y a partir del
cual se puede comprobar el Cálculo y
Resultado del IRI.
Fuente: Propia.
96
4.7 Perfiles de Terreno del tramo AV. 39
4.4.1 Perfil 1
El perfil uno que hace referencia a la llanta izquierda del carril izquierdo de la calzada:
Ilustración 54: Perfil del Carril Izquierdo – Llanta Izquierda
Fuente: Propia.
97
4.4.2 Perfil 2
El perfil dos que hace referencia a la llanta derecha del carril izquierdo de la calzada:
Ilustración 55: Perfil del Carril Izquierdo – Llanta Derecha.
Fuente: Propia.
98
4.4.3 Perfil 3
El perfil tres que hace referencia a la llanta izquierda del carril derecho de la calzada:
Ilustración 56: Perfil del Carril Derecho – Llanta Izquierda.
Fuente: Propia.
99
4.4.4 Perfil 4
El perfil cuatro que hace referencia a la llanta derecha del carril derecho de la calzada:
Ilustración 57: Perfil del Carril Derecho – Llanta Derecha.
Fuente: Propia.
100
4.7 IRI (Índice de Rugosidad Internacional)
Ilustración 58: IRI Perfil 1.
Fuente: Propia.
El perfil uno que hace referencia a la llanta izquierda del carril izquierdo de la calzada, posee
un IRI de 4,624 m/km considerado malo que indica que el pavimento es muy rugoso y carente
de confort para todos los usuarios.
IRI PERFIL 1 ,
4,624
101
Ilustración 59: IRI Perfil 2.
Fuente: Propia.
El perfil dos que hace referencia a la llanta derecha del carril izquierdo de la calzada, posee
un IRI de 4.763 m/km considerado malo que indica que el pavimento es muy rugoso y carente
de confort para todos los usuarios.
IRI PERFIL 2 ,
4.763
102
Ilustración 60: IRI Perfil 3.
Fuente: Propia.
El perfil tres que hace referencia a la llanta izquierda del carril derecho de la calzada, posee
un IRI de 4,576 m/km considerado Regular que indica que el pavimento es algo rugoso, y
genera incomodidad para los usuarios y el conductor siendo este un vehículo de carga pesada.
IRI PERFIL 3 , 4,576
103
Ilustración 61: IRI Perfil 4.
Fuente: Propia.
El perfil cuatro que hace referencia a la llanta derecha del carril derecho de la calzada, posee
un IRI de 1,447 m/km considerado muy bueno que indica que es un pavimento con gran
regularidad superficial y posee circulación muy cómoda.
IRI PERFIL 4 , 1,447
104
5. Conclusiones
Con relación al diagnóstico vial realizado mediante el procedimiento de índice de condición del
pavimento PCI, a la zona en estudio se concluye que la vía presento un condición justa hace
referencia a que las vibraciones en el vehículo son significativas y requieren de una reducción
en la velocidad en aras de la comodidad y la seguridad, los hundimientos causan un rebote
significativo creando este incomodidad a los usuarios que utilizan el sistema masivo.
De acuerdo con los resultados observados durante el cálculo del PCI, se pudo concluir que de
los 140 estudiados, 79.479 sufren algún tipo de daño lo cual corresponde al 57% del
área total.
Según las tomas de velocidades en un tramo con notorio deterioro en la malla vial, tras el
proceso de una toma antes del contacto y otra toma después, se concluye que el promedio de
reducción a causa del deterioro es de 10 km/h.
Según las velocidades tomadas, si la malla vial de Transmilenio estuviera en buen estado, la
velocidad promedio de transito seria 41 km/h.
En consecuencia del resultado obtenido a partir de la toma de velocidades se pudo estimar el
impacto socio económico por efecto de la reducción de velocidad de los buses troncales a causa
del deterioro del pavimento se estimó un total de 11 Horas y 20 minutos que equivalen a
$30.070 COP (Peso Colombiano) mensualmente por cada usuario que utiliza este transporte con
105
base en el Salario Mínimo Legal Vigente para el año 2015 que es de $ 644.350 COP (Peso
Colombiano).
Por medio de la nivelación trigonométrica a lo largo de este estudio y con la implementación de
herramientas como fue el AutoCAD-Civil 3D se hizo posible una óptima modelación del
terreno estudiado, a partir de este se generaron perfiles los cuales fueron claves a la hora del
cálculo del IRI (Índice de Rugosidad Internacional).
Con el dato obtenido en el tramo de pavimento en la Av. Caracas con Calle 39 y según el carril
por el que pasan los articulados. Se concluye que el carril Izquierdo en dirección Sur- Norte se
encuentra en malas condiciones para el tránsito vehicular, lo que indica que es carente de
confort para los usuarios, debido a la serie de daños que requieren una reparación inmediata que
consta del cambio de la losa en su totalidad, por otra parte el carril Derecho en dirección Sur-
Norte se encuentra en buenas condiciones para el tránsito vehicular, lo que indica que posee un
manejo confortable y es posible que los articulados transiten de manera normal a la velocidad
máxima permitida siendo esta de 60 km/h, y debido a que los daños que presenta esta sección
son de tipo leve, sus reparaciones pueden ser unitarias.
Finalmente y tras el cumplimiento de los objetivos se hizo posible aplicar una serie de
conceptos aprendidos a lo largo de la carrera y un complemento con nuevas técnicas haciendo
de este un proyecto interdisciplinario e integral, con resultados relevante frente a una
problemática real y actual de la sociedad.
106
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